J55钢在H2S和CO2环境下的腐蚀行为研究

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为探究油气田开发过程中CO2和H2S对J55油套管钢的腐蚀机制以及阻垢剂对J55钢CO2腐蚀的影响情况,本文通过浸泡腐蚀试验模拟J55钢在油田环境中的腐蚀,辅以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱(EDS)对其腐蚀后产物的形貌结构及成分进行分析,并使用高温高压原位电化学测试CO2/H2S对J55钢的腐蚀电化学过程,使用常压电化学检测CO2/H2S分压比对J55钢的腐蚀电化学过程以及阻垢剂对J55钢的CO2腐蚀过程的影响。结果表明,在总压力为15.0 MPa的试验条件下,当体系中不含CO2和H2S时,J55钢的腐蚀速率最低,表面腐蚀产物附着较少产物膜较薄,EDS和XRD表明表面物质主要为Fe2O3和Ca CO3。电化学测试结果表明,极化曲线的阴极Tafel斜率大于阳极,阻抗测试表明,该条件下的极化电阻值最大;当体系中含有1.0 MPa CO2时,J55钢的腐蚀速率最大,表面腐蚀产物连续性和覆盖率较低,EDS和XRD显示表面物质主要为Fe CO3。电化学测试结果表明,极化曲线相对于不含CO2和H2S的试验负移,且阴极Tafel斜率大于阳极,阻抗测试表明,该条件下的极化电阻最小;当体系中含有0.3 MPa H2S时,J55钢的腐蚀速率较小,表面腐蚀产物较厚且覆盖均匀,EDS和XRD表明表面物质主要为Fe S。电化学测试结果表明,极化曲线相对于不含CO2和H2S的试验正移,阳极Tafel斜率大于阴极,阻抗测试表明,该条件下极化电阻较高。当体系中同时含有1.0 MPa CO2和0.3 MPa H2S时,J55钢的腐蚀速率与仅含有0.3 MPa H2S试验相近,表面腐蚀产物附着较少,EDS和XRD显示表面物质主要为Fe S。电化学测试结果表明,极化曲线相对于不含CO2和H2S的试验正移,阴极Tafel斜率大于阳极,阻抗测试表明,该条件下极化电阻较大。以CO2和H2S分压比为1﹕0.3为基础,探究不同CO2和H2S分压比对J55钢腐蚀的影响时,发现,当体系中CO2和H2S分压比为1﹕0.6时,J55钢腐蚀速率降低,表面腐蚀产物较薄且有破裂,EDS和XRD表明表面物质主要为Fe S。电化学测试表明,极化曲线阴极Tafel斜率大于阳极,阻抗测试表明,该条件下弧半径最大;当体系中CO2和H2S分压比为2﹕0.6时,J55钢腐蚀速率增加,腐蚀产物表面致密但膜下疏松多孔,EDS和XRD表明表面物质主要为Fe S和Fe CO3。电化学测试表明,极化曲线阳极Tafel斜率大于阴极但相差不大,阻抗测试表明,该条件下弧半径最小;当体系中CO2和H2S分压比为2﹕0.3时,J55钢腐蚀速率增加,表面腐蚀产物均匀但易破裂,EDS和XRD表明表面物质主要为Fe S。电化学测试表明,极化曲线阴极Tafel斜率大于阳极但相差不大,阻抗测试表明,该条件下弧半径较小;当体系中CO2和H2S分压比为0.5﹕0.15时,J55钢腐蚀速率降低,表面腐蚀产物很薄且有破裂,EDS和XRD未检测出明显腐蚀产物。电化学测试表明,极化曲线阳极Tafel斜率大于阴极但相差不大,阻抗测试表明,该条件下弧半径较大。在研究阻垢剂对J55钢CO2腐蚀的影响中发现,体系不含有阻垢剂和CO2时,J55钢表现出低均匀腐蚀速率、高点腐蚀速率的特征,表面杂乱呈不定型态,主要为Ca CO3和Fe2O3,循环极化测试表明,该条件下滞后环较小,且正扫阶段阴极Tafel斜率大于阳极,阻抗显示该条件按下J55钢的容抗弧半径最小;体系中只含有CO2时,J55钢的均匀腐蚀速率增加点腐蚀速率下降,表面腐蚀产物呈棉球状,主要物质为Mg Ca(CO3)2,循环极化测试表明,未见明显滞后环,正扫阶段阴极Tafel斜率大于阳极,阻抗测试表明该条件下J55钢的容抗弧较大;体系中只含有阻垢剂时,均匀腐蚀速率与点腐蚀速率与不含CO2和阻垢剂的对照组相比均下降,表面光滑无明显腐蚀产物附着,循环极化测试出明显滞后环,正扫阶段阴极Tafel斜率与阳极相差不大,阻抗测试出该条件下容抗弧最大;体系中同时含有CO2和阻垢剂时,与对照组相比均匀腐蚀速率增加,点腐蚀速率降低,表面腐蚀产物疏松,主要为Ca CO3和Fe C3,循环极化有明显滞后环,正扫阶段阴极Tafel斜率与阳极相差不大,阻抗显示该条件下出现韦伯阻抗。
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